磁制冷技术最新研究进展.docx

磁制冷技术最新研究进展 摘要：磁制冷技术室一种比较高效能的制冷技术，应用也越来越广泛，有很广泛的应用范围。尤其当下随着磁制冷材料以及相关的空调制冷技术的发展和应用，对于磁制冷技术的研究领域也越来越广泛。本文通过对磁制冷技术的应用以及相关技术的发展进行分析，期望能更好的促进我国制冷技术的发展。 关键词:磁制冷；技术；应用发展 引言 全球气候的灾害性天气发生频繁以及日趋变暖，制冷技术在面临着巨大的挑战。尤其当下对于氟里昂生产和使用的禁止，对于氟利昂研究开发，可以很好的解决破坏大气臭氧层的问题。但仍然存在制冷能耗大，效率低，对地球温室效应影响大的问题，不能从根本上解决问题。磁制冷技术属于绿色节能制冷技术，同传统的症气压缩式制冷技术相比较优点有：（1）无环境污染。由于制冷工质为固体材料以及在循环回路中可用水（加防冻剂）来作为传热介质，这避免了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏大气臭氧层、易泄露、易燃及地球温室效应等环境问题。（2）高效节能。磁制冷的效率可达到逆卡诺循环的30%60%，而气体压缩式制冷一般仅为5%10%。（3）装置结构紧凑、振动及噪声小。磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，其磁熵密度比气体大，因此制冷装置变得更紧凑，而且无需压缩机，运动件少、转速慢，振动及噪声小，可靠性高。因此，磁制冷技术将可能替代传统的气体压缩式制冷，是一种极具开发潜力的节能环保制冷技术 一、磁制冷材料的应用发展 过渡族金属基磁制冷材料MnFeP1-xAsx(0.25x0.65)磁性来源于3d电子层的巡游电子，是一种可应用于室温区间且具有巨磁热效应的新型磁制冷材料，其中MnFeP0.45-As0.55在磁场变化5T时，居里点300K处的最大磁熵变达到18J/(kgK)。该系合金具有大的磁熵变，主要是由于3d过渡族金属磁矩较高，可由磁场诱发一级磁相变，在降温至居里温度发生磁转变的同时，晶体结构也从正交MnP型结构转变为六方NiAs型结构。而在一级相变区间，M/T值较大，根据Maxwell方程可知磁熵变取得较大值，但其最大的缺点在于As元素有毒。近年来，部分学者尝试使用无毒的Si、Ge来替代As。Dagula等研究发现，用Si置换As后，合金的磁热效应有较大的提高。Thanh发现MnFeP1-x-Six合金的居里温度可在230370K间调整；x=0.5时，磁熵变最大，在295K处达到30J/(kgK)(02T)。用Ge替代的合金Mn1.2Fe0.8P1-xGex和Mn1.1Fe0.9P1-xGex在室温下均具有良好的磁热性能，且居里温度可调。其中，Mn1.1Fe0.9P0.8Ge0.2磁熵变高达78J/(kgK)(05T)。该系化合物磁热效应较大，原材料成本低，居里温度可调，但通过Si、Ge取代后仍存在其他问题，如热滞较大以及居里温度强烈依赖于Ge的浓度而使性能不稳定、效率降低等，如能合理解决，其将具有很广阔的应用前景。 二、半导体制冷的应用 从出现半导体制冷技术至今，半导体制冷材料有了一次又一次的突破，半导体制冷效率也有了一次又一次的提高，虽然仍然存在着一些问题，但利用其优点，可以为我们的日常生活、科研军事等带来很大的方便，使得半导体制冷技术在当今世界具有越来越重要的地位。例如，在高科技和军事领域对红外探测器、激光器和光电倍增管等光电器件的制冷，利用半导体制冷器体积小的特点，使用方便。在医疗领域中，半导体温控系统的应用更为广泛，用于蛋白质功能研究、电泳仪及半导体制冷探针等，利用半导体制冷速度快、无污染等特点，还可以制成低温的恒温箱，用来保存血浆等。在现代测温技术中，热电恒温器、零点仪的开发使用，使半导体制冷在测温技术上的使用成为可能，并得到了广泛应用。在日常生活方面，半导体制冷在空调、冷热两用箱、饮水机、电脑以及其他电器等设备中都有广泛的应用，为我们的日常生活带来极大的方便。 三、制冷空调系统中新型节能技术的应用 随着科学技术的不断进步，越来越多的新型节能技术被广泛应用于制冷空调系统中，下面主要介绍两种：一是热声制冷技术，该技术是本世纪初出现的一种新型制冷技术，相比传统的蒸汽压缩式制冷系统，热声机的优势十分突出：比如该技术采用的是惰性气体或相关混合物作为工质，无需使用制冷剂，最大程度上降低制冷剂对臭氧层的破坏，加重温室效应；并且热声制冷技术结构简单、可靠性强，无需使用贵重材料，大大降低了投资成本；此外，其设备结构中不存在振荡的活塞、油密封、润滑等运动部件，大幅增加了其使用寿命。与传统制冷系统相比，可以说热声制冷技术近乎完美，因此可以断言，其将成为新一代制冷技术的发展方向。另外一种即是人工智能技术。可以说人工智能技术的出现与发展是当代科学技术进步的里程碑。现在人工智能的应用领域还局限于智能控制、故障检测及诊断、负荷预测等，尽管其可以克服传统仿真技术的诸多不足之处，但是短期内其部分功能仍然无法达到仿真技术能够实现的效果。因此，在制冷空调应用领域，可以将人工智能与传统仿真技术互相结合应用，实现智能化仿真，二者取长补短、相辅相成，因此仿真技术与人工智能技术可以在理人论上为制冷空调的准确控制提供可靠依据。制冷系统实现计算机自动控制，可以最大程度上保证控制器的冷量输出，更加安全、可靠，并且可以保证空调系统处于最佳的经济状态运行。由此可见，空调系统的控制中，加入一系列的自适应控制与智能控制方法，与常规控制系统相比，智能控制系统会获得更高的能效比。 四、新型太阳能吸收式制冷系统 由于热泵系统的COP受蒸发温度的影响，而太阳辐射的不稳定性直接导致了热泵系统蒸发温度的较大波动，导致系统COP变化较大，这样对热泵系统和水泵的寿命有不利影响；另外，显热蓄能有显热蓄热装置过大、蓄热效率过低、集热器热损失大、蓄热量有限等缺点，导致在太阳辐射强度长时间过高时不能蓄热，造成能源的浪费。因此，提出了另一种新型太阳能吸收式制冷系统，即在新型A系统的基础上，在太阳能集热器中加入相变蓄能材料，且将热泵系统的蒸发器与太阳能集热器合为一体(积热、蓄能、蒸发器)，称为一体化太阳能热泵系统，该热泵系统的蒸发器以U形蒸发管的形式布置于太阳能真空集热管中，每根蒸发管与真空集热管中间均以相变材料填充，起到蓄能容器的作用，这样把高峰强度的太阳能存储起来供给太阳辐射低时使用，该制冷系统主要由一体化太阳能热泵系统#吸收式制冷系统组成，热泵系统的水冷冷凝器水管、水泵、蓄热水箱串联成一个闭合的回路，制冷剂在集热、蓄能、蒸发器中吸收太阳能或相变材料中储存的能量后进入压缩机，再经过冷凝器放热给蓄热水箱的循环水，并被冷凝成液体，经过膨胀阀节流降压后回到集热、蓄能、蒸发器中，依次循环，而吸收式制冷系统发生器所需的热量由蓄热水箱通过循环水泵提供，以固-液相变潜热对太阳能进行储存，不仅解决了利用显热蓄热时蓄热量不足的问题，最大限度地利用了太阳能，还克服了热泵运行效率不稳定的缺陷。 图1新型太阳能吸收式制冷系统原理图 结束语 本文通过对磁制冷相关技术进行分析，对于其磁制冷技术的发展趋势有着很好的前景和未来，但是，不置可否的是仍然存在许多问题需要进一步解决。当下，磁制冷研究主要的问题是磁性材料的磁热效应没有达到想想中的强度，以及对传热与回热器内部流动的分析不够等。这就需要相关的科研工作者们需要继续寻找一些具有良好性能的新型磁性材料加强对现有材料的临界特性的改善，在质量、减小尺寸和降低成本的同时促使磁铁的磁场强度提高，并使得回热器内部的换热强化，同时还要对一些潜在的问题有一定